Cinco veces la masa de Júpiter: ese es el límite que separa a los planetas de las estrellas

El estudio de estos seis objetos, liderado por investigadores de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore y publicado por 'The Astronomical Journal', ha aportado nuevas pruebas de que muchos de estos 'mundos rebeldes' deben su existencia a los mismos procesos cósmicos que dan lugar a las estrellas.

«Estamos investigando en el límite mismo del proceso de formación estelar -afirma el astrofísico Adam Langeveld, coautor principal del estudio-. Si tienes un objeto que se parece a un Júpiter joven, ¿Podría haberse convertido en una estrella si se hubieran dado las condiciones adecuadas? Este es un contexto importante para comprender tanto la formación de estrellas como la de planetas».

El hallazgo forma parte de un análisis profundo llevado a cabo con el telescopio espacial James Webb de la joven nebulosa NGC 1333, un cúmulo de formación de estrellas a unos mil años luz de distancia en la constelación de Perseo y cuya imagen, que encabeza este artículo, acaba de ser publicada por la Agencia Espacial Europea (ESA).

Los datos recopilados por el Webb sugieren que los seis nuevos mundos recién descubiertos son gigantes gaseosos entre 5 y 10 veces más masivos que Júpiter. Lo cual significa que se encuentran entre los objetos de menor masa jamás descubiertos crecidos a partir de un proceso que normalmente produciría estrellas y enanas marrones, cuerpos celestes que se encuentran a ambos lados del límite entre estrellas y planetas. La diferencia entre ellos es que las enanas marrones, muy grandes y pesadas como planetas, resultan ser demasiado pequeñas y ligeras como estrellas, ya que su masa no resulta suficiente para 'encender' un horno nuclear central e iniciar la fusión del hidrógeno.

«Utilizamos la sensibilidad sin precedentes del Webb en longitudes de onda infrarrojas -explica por su parte el astrofísico Ray Jayawardhana, también autor principal del artículo- para buscar los miembros más débiles de un cúmulo de estrellas jóvenes, tratando de responder a una pregunta fundamental en astronomía: ¿Cómo puede un objeto ligero formarse del mismo modo que una estrella? Resulta que los objetos más pequeños que flotan libremente y se forman como estrellas se superponen, en cuanto a su masa, con exoplanetas gigantes que orbitan estrellas cercanas».

Extrañamente, y a pesar de que tiene la sensibilidad suficiente, el telescopio no reveló ningún objeto con masa inferior a cinco veces la de Júpiter, lo cual, según los investigadores, es un fuerte indicio de que cualquier objeto estelar más ligero que este umbral tiene más probabilidades de formarse como lo hacen los planetas 'normales', y no del modo en que se forman las estrellas.

«Nuestras observaciones -dice Jayawardhana- confirman que la naturaleza produce objetos de masa planetaria al menos de dos formas diferentes: a partir de la contracción de una nube de gas y polvo, que es como se forman las estrellas, y acumulando poco a poco materiales en discos de gas y polvo alrededor de estrellas jóvenes, como hizo Júpiter en nuestro propio Sistema Solar».

De los seis objetos recién descubiertos, explica Langeveld, sin duda el más intrigante es el más ligero, cuya masa equivale precisamente a cinco veces la de Júpiter. La reveladora presencia de un disco de polvo a su alrededor, de hecho, significa que es casi seguro que se formó como una estrella, que lucen discos similares durante las primeras etapas de su formación (discos a partir de cuyos materiales, por cierto, se formarán después los eventuales planetas).

«Esos pequeños objetos con masas comparables a las de planetas gigantes -explica el coautor del estudio Aleks Scholz, astrofísico de la Universidad de St Andrews- también pueden, por sí mismos, ser capaces de formar sus propios planetas. Esto, por lo tanto, podría ser el vivero de un sistema planetario en miniatura, en una escala mucho más pequeña que nuestro Sistema Solar».

Utilizando el instrumento NIRISS del Webb, los astrónomos midieron el perfil (o espectro) de luz infrarroja de cada uno de los seis objetos descubiertos en la porción observada de NGC 1333, y volvieron también a analizar 19 enanas marrones conocidas. Al hacerlo, descubrieron una nueva enana marrón con una compañera de masa planetaria, un hallazgo poco común que desafía las teorías sobre cómo se forman los sistemas binarios.

«Es probable - dice Jayawardhana- que ese par en concreto se formara de la misma manera en que lo hacen los sistemas estelares binarios, a partir de una nube que se fue fragmentando a medida que se contraía. La diversidad de sistemas que la naturaleza es capaz de producir resulta notable y nos empuja a perfeccionar nuestros modelos de formación de estrellas y planetas».

Los planetas errantes pueden formarse a partir del colapso de nubes moleculares que carecen de la masa necesaria para iniciar la fusión nuclear que alimenta las estrellas. Pero también pueden formarse cuando el gas y el polvo de los discos alrededor de las estrellas recién nacidas se va acumulando hasta formar orbes parecidos a planetas y que, eventualmente, son expulsados de sus sistemas estelares, probablemente debido a interacciones gravitacionales con otros cuerpos.

Estos objetos que flotan libremente a través del espacio desdibujan las clasificaciones de los cuerpos celestes porque sus masas se superponen con las de los gigantes gaseosos y las enanas marrones. Y aunque se consideran raros en la Vía Láctea, los nuevos datos del Webb muestran que representan por lo menos el 10% de todos los cuerpos celestes que contiene el cúmulo de estrellas NGC 1333.

Durante los próximos meses, el equipo estudiará más atmósferas de objetos débiles y las comparará con enanas marrones más pesadas y planetas gigantes gaseosos. También se les ha concedido tiempo extra en el telescopio Webb para buscar objetos similares con discos de polvo y explorar la posibilidad de que formen mini sistemas planetarios parecidos a los que, con sus numerosas lunas, tienen Júpiter o Saturno.